[发明专利]一种单绕组无轴承开关磁阻电机的控制方法

说明书

本发明公布了一种两自由度的12/8混合转子结构的无轴承开关磁阻电机的控制方法。所述电机由凸极定子，圆柱转子，凸极转子，绕组，转轴组成；相对于传统的无轴承开关磁阻电机，所述电机可实现360°全位置角悬浮；圆柱转子的引入，使其悬浮力出力更大；突破了传统无轴承开关磁阻电机出力区间的限制，控制方法更加简单、灵活，应用的场合更加广泛；电机结构简单、成本低，易于设计及加工制造，实用性强；采用单绕组结构，各相绕组单独可控，具有较强的容错能力，加强了系统的可靠性；采用单，双绕组的等效控制算法，简化电机数学模型，拓宽了控制方法的适用对象。

技术领域

本发明涉及一种两自由度的复合转子结构无轴承开关磁阻电机的控制方法，属于电机领域内的无轴承开关磁阻电机控制方法的创新。

背景技术

无轴承开关磁阻电机具有结构简单，坚固，成本低，工作可靠，无润滑，长寿命等特点，在航空高速、超高速起动发电机，飞轮储能，人体血泵等领域有独特优势。

然而，由于运行机理限制，使得传统无轴承开关磁阻电机无法实现360°全位置角悬浮；当绕组电流一定时，悬浮力出力大小与定转子齿重叠面积有关，重叠面积越小，则定转子间气隙内磁通量越小，能提供的悬浮力越小，在定、转子齿完全不重合位置，则无法提供径向力；在径向力要求较大的场合，为使电机稳定悬浮，只能提升工作相绕组电流以满足出力需求，实际情况电流不能无限增大，且绕组电流增加必将导致其功率变换器成本的提升。

其次，电机转速越高，绕组所产生的运动电动势越大，则绕组电流上升速度越慢，励磁开始阶段，电流无法快速达到给定值，从而无法提供所需的悬浮力和转矩；同时，在换相阶段，一相绕组结束励磁，另一相绕组开始励磁，悬浮力与转矩波动较大，电机运行不稳定。

发明内容

为解决上述问题，本发明研究了一种两自由度的12-8混合转子结构的无轴承开关磁阻电机及其控制方法。

本发明实现上述第一个目的的技术解决方案为：一种单绕组无轴承开关磁阻电机，其特征在于：由凸极定子、圆柱转子、凸极转子、绕组、转轴组成；其中所述凸极定子的齿数 12、凸极转子的齿数8并两相齿齿对向组合，所述绕组绕设于凸极定子的齿上，凸极转子和圆柱转子套接于转轴构成混合转子。

进一步地，混合转子中所述圆柱转子与凸极转子轴向并列排布固定于同一根转轴上，并安置在凸极定子内；圆柱转子外径与凸极转子外径相同；所述凸极定子的轴向长度为圆柱转子、凸极转子的轴向长度之和。

进一步地，所述凸极定子的每个齿上均绕有设有一个绕组，各个绕组的电压、电流单独受控；其中每相隔90°的两个绕组的绕线方向相反、通入电流方向相同，四个绕组形成的磁场呈NSNS分布且构成电机的一相绕组，全部绕组分为三组并形成在空间上相差30°的三相绕组，一相受控绕组中，四个绕组对称或不对称励磁。

进一步地，所述凸极定子、圆柱转子、凸极转子均由硅钢片叠压而成。

本发明实现上述第二个目的的技术解决方案为：一种单绕组无轴承开关磁阻电机的控制方法，其特征在于：通过等效双绕组无轴承开关磁阻电机的控制实现，其中双绕组包括主绕组和偏置绕组；包括步骤：

S1、设定等效变换的两台电机的绕组匝数对应关系；

S2、根据等效双绕组结构电机的数学模型，计算所述双绕组结构电机的主、偏置绕组电流；

S3、根据电流等效算法，由等效双绕组结构电机的主、偏置绕组电流计算等效单绕组电机相应相的绕组电流；

S4、电流斩波控制单绕组每相四个绕组电流，使其实际电流跟随步骤S3计算的给定值。

进一步地，步骤S2进一步包括：

步骤A，获取电机的角速度，位置角信号及主绕组参考电流；